> > > > IEDM 2021: новые исследования Intel, производство в 2025 году и многое другое

IEDM 2021: новые исследования Intel, производство в 2025 году и многое другое

Опубликовано:

intel-gaaЛетом Intel не только представила стратегию IDM 2.0 и переименовала свои техпроцессы, но и поделилась планами насчет разработок в 2024/25 годах. Обычно все начинается с разработки новых материалов, из которых затем конструируются отдельные транзисторы, стеки транзисторов, различные структуры дизайна CMOS, заканчивая корпусировкой.

На конференции International Electron Devices Meeting (IEDM) Intel поделилась подробностями своих исследований. И планами на будущее. Процессоры Ice Lake SP, Tiger Lake и Alder Lake для серверов, ноутбуков и настольных ПК на данный момент производятся по техпроцессу Intel 7 (ранее известному как Enhanced 10 nm SuperFin). Транзисторы FinFET, используемые на данных CPU, затем будут перенесены на техпроцессы Intel 4 (7 нм) и Intel 3 (5 нм).

Далее Intel перейдет в эпоху ангстрема, но все еще с классическими транзисторами FinFET. Скорее всего, с техпроцесса Intel 20A, но точно с Intel 18A, то есть с 2025 года, будут использоваться транзисторы GAA с затвором, полностью окружающим канальную область (gate all-around transistors).

На своей презентации IEDM 2021 разделила разработки на три категории: "Essential Scaling Technologies" (разработка новых дизайнов транзисторов, технологий литографии и корпусировки), "Bringing New Capabilities to Silicon" (технологии более эффективной подачи питания, новые технологии памяти и исследования материалов) и "New Concepts in Physics" (поиск полностью новых концепций транзисторов и увеличения производительности/эффективности).

На данный момент из существующих прорывов можно отметить Foveros Omni - соединение нескольких тайлов в корпусировке 2.5D. Следующий шаг Foveros Direct подразумевает соединение двух чипов напрямую медными проводниками. Расстояние между контактными площадками составляет всего 10 мкм, что позволяет расположить на площади 1 мм² более 10.000 контактов. Foveros Direct напоминает стек SRAM, который AMD использует для 3D V-cache. И технологию стекирования SoIC от TSMC.

Проблема здесь заключается в корректном выравнивании всех кристаллов, чтобы все контакты работали. Кроме того, при столь тесном расположении множества контактов необходимо обеспечить целостность сигналов.

Первым чипом с первым поколением Foveros и вторым поколением EMIB стал HPC-ускоритель Ponte Vecchio. Процессоры Sapphire Rapids Xeon используют второе поколение EMIB. Кристаллы с техпроцессами Intel 4 и Intel 3 впервые начнут опираться на Foveros Omni и Foveros Direct.

Первое поколение транзисторов GAA будет состоять из полупроводников NMOS и PMOS с затвором, окружающим очень тонкие каналы (наноленты) с четырех сторон. Подобная технология позволяет преодолеть ограничения FinFET по физическому масштабированию и производительности и обеспечить дальнейшее масштабирование напряжения транзисторов. Еще одно преимущество транзисторов GAA в том, что они могут пропускать такой же ток, что и несколько FinFET, причем на существенно меньшей площади. Свойства транзисторов можно гибко регулировать через ширину затворов при производстве.

Следующим шагом Intel планирует сделать стек областей NMOS и PMOS друг на друге. Что должно уменьшить область, занимаемую на чипе, на 30-50%. Intel работает над разными вариантами стеков NMOS и PMOS. Например, последовательный процесс с германиевыми нанолентами PMOS на кремниевых NMOS FinFET или цельный (self-aligned) техпроцесс с NMOS-on-PMOS multi-RibbonFET транзисторами с шагом между затворами (poly pitch) всего 55 нм.

Впрочем, пройдет еще несколько лет, прежде чем мы увидим транзисторы GAA в процессорах, не говоря уже о транзисторах 3D GAA.

Конечно, не все транзисторы одинаковые, они оптимизируются под сферу использования полупроводниковой технологии. Даже в процессоре применяются разные дизайны транзисторов в зависимости от функциональной области кристалла.

На IEDM 2021 Intel впервые показала мощные переключатели GaN (нитрид галлия) на кремниевых транзисторах CMOS на 300-мм подложках. Данные переключатели позволяют подавать более высокие напряжения на транзисторы. Сферой применения переключателей GaN на Si CMOS можно назвать блоки RF, интегрированные напрямую на кристалл. Пока что переключатели GaN не планируются для малых уровней мощности.

Intel также работает над интеграцией памяти FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory). Память FeRAM будет намного компактнее нынешней SRAM, независимо от техпроцесса. Поскольку все будущие процессоры Intel будут использовать все больше и больше SRAM, то в интересах чипового гиганта как можно быстрее перейти на FeRAM. Тем более FeRAM еще и быстрее. Задержки FeRAM на уровне 2 нс соответствуют кэшу L1, который применяется в ядрах CPU.

Intel также проводит исследования в областях, которые мало знакомы обычному потребителю. Здесь разрабатываются фундаментально новые технологии, подобные логическим схемам MESO, опирающимся на магнитоэлектрические спины для логических состояний. Подобные транзисторы на основе состояния спина можно назвать переходным звеном между нынешними полупроводниковыми технологиями и квантовыми вычислениями.

Ждем реализации

Подразделение НИОКР Intel сдвигает границы возможного на многие десятилетия вперед. Направлений исследований намного больше, чем было показано на IEDM 2021. Но все эти исследования должны найти практическое применение, а также окупить затраты.

Последние годы у Intel наблюдались определенные сложности по производству кристаллов. Некоторые решения, связанные с 10-нм техпроцессом, оказались ошибочными, что привело к значительным задержкам, сказывающимся и сегодня. И только с нынешним оптимизированным техпроцессом 10 нм (Intel 7) чиповый гигант смог вернуться на приемлемые объемы производства. Конечно, конкуренты не стали сидеть, сложа руки, те же Samsung и TSMC смогли наверстать Intel. В некоторых областях AMD в сотрудничестве с TSMC даже обошла Intel. По крайней мере, по технической реализации. Например, по плотности соединений AMD 3D V-Cache уже находится на уровне, который Intel только планирует достичь с Foveros Direct.

Сегодня транзисторы FinFET используются практически повсеместно, но с переходом на GAA мы получаем новую революцию, которая подкрепляется переходом на меньшие техпроцессы. Все производители полупроводников обещают техпроцессы, которые еще несколько лет назад казались невозможными. Собственно, в этом еще одна причина, почему Intel вкладывает крупные средства в исследования и разработки.

Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).